يعتقد معظم الناس "سبائك النحاس" ويتصورون على الفور النحاس أو البرونز. أي، عادل - هؤلاء هم الكبار. ولكن هناك مثل 400+ تركيبات مختلفة من سبائك النحاس مسجلة لدى جمعية تطوير النحاس. لا أحد يستخدم كل منهم. تعمل معظم الصناعة على 30-40 سبيكة شائعة. أما الباقي فهو عبارة عن أشياء متخصصة أو سبائك قديمة لم يعد أحد يصنعها ولكنها لا تزال "مسجلة" من الناحية الفنية.
لماذا سبائك النحاس في المقام الأول؟
النحاس النقي - ما نسميه "النحاس النقي تجاريًا" والذي يتكون في الواقع من 99.9%+ نحاس - يكون ناعمًا. لينة حقا. يمكنك ثنيها بظفرك إذا ضغطت بقوة كافية. موصلية كهربائية رائعة (في المرتبة الثانية بعد الفضة)، موصلية حرارية رائعة، مقاومة ممتازة للتآكل. لكن الخواص الميكانيكية ضعيفة. قوة الشد هي فقط مثل 200-250 ميجا باسكال للنحاس الملدن.
للمقارنة، الفولاذ الهيكلي هو 400-550 ميجا باسكال. سبائك الألومنيوم يمكن أن تصل إلى 500-600 ميجا باسكال. لذا فإن النحاس النقي ليس قويًا بما يكفي للتطبيقات الهيكلية أو أي شيء يحتاج إلى التعامل مع الأحمال.
كما أن أعمال النحاس النقي-تتصلب بشكل جنوني عندما تحاول تشكيلها. العمل البارد يزيد من القوة ولكنه يجعلها هشة. ثم عليك أن تصلبه (معالجته بالحرارة لتليينه) قبل أن تتمكن من العمل عليه أكثر. إنه ألم.
لذلك نضيف عناصر صناعة السبائك إلى:
زيادة القوة دون التضحية بالكثير من الموصلية
تحسين مقاومة التآكل
تحسين إمكانية التشغيل الآلي
تغيير اللون (أحيانًا تكون الأسباب الجمالية مهمة)
تقليل التكلفة (الزنك أرخص بكثير من النحاس)
إن المفاضلة-هي دائمًا التوصيلية. إضافة المزيد من عناصر السبائك، تنخفض الموصلية. ليس هناك غداء مجاني.
العائلات الرئيسية (يصبح الأمر معقدًا بسرعة)
نحاس - نحاس + زنك:
ربما يكون هذا ما يعتقده معظم الناس باسم "سبائك النحاس". اللون هو تلك الدرجة الصفراء-الذهبية. يتراوح محتوى الزنك من 5% إلى 40%+.
يُطلق على النحاس الأصفر الذي يحتوي على نسبة منخفضة من الزنك (أقل من 20% زنك) اسم "النحاس الأحمر" أو "معدن التذهيب". لا تزال تبدو نحاسية جميلة. تستخدم لأغلفة الذخيرة، والزخرفة المعمارية، وهذا النوع من الأشياء.
نحاس الزنك المتوسط-(20-36% زنك) هو النوع الشائع. يتكون نحاس الخرطوشة من 70% من النحاس و30% من الزنك - وربما تكون هذه هي سبيكة النحاس الأكثر شيوعًا. قابلية تشكيل جيدة، قوة مناسبة، الآلات جيدة.
تعتبر النحاسات عالية-من الزنك (أكثر من 36% زنك) أقوى ولكنها أقل ليونة. معدن مونتز عبارة عن 60/40 نحاس - زنك. تم استخدامه لتغليف القوارب في الماضي لأنه أرخص من النحاس النقي ولكنه لا يزال يقاوم التآكل بمياه البحر بشكل جيد.
هناك أيضًا نحاس أصفر يحتوي على الرصاص حيث يضيف 1-3% من الرصاص لتحسين القدرة على التصنيع. يشكل الرصاص جزيئات صغيرة تعمل مثل قواطع الرقائق عند التشغيل الآلي. يجعل الرقائق تنكسر بشكل نظيف بدلاً من تكوين تجعيدات طويلة وخيطية تلتف حول أداة القطع الخاصة بك.
لكن يتم التخلص التدريجي من النحاس الأصفر المحتوي على الرصاص بسبب اللوائح البيئية. الرصاص في تركيبات مياه الشرب محظور الآن في معظم الأماكن. ولذلك يتحول الجميع إلى بدائل خالية من الرصاص-مع البزموت أو السيليكون بدلاً من ذلك. إن القدرة على التصنيع ليست جيدة تمامًا ولكن مهما كانت اللوائح هي اللوائح.
البرونز - نحاس + قصدير:
تاريخياً، كان البرونز عبارة عن سبيكة النحاس. العصر البرونزي وكل ذلك. القصدير يجعل النحاس أكثر صلابة وأقوى. لقد اكتشف الحدادون القدماء هذا الأمر قبل 5000 عام تقريبًا.
تحتوي برونز القصدير الحديثة عادةً على 4-12% قصدير. أكثر من ذلك ويصبح هشًا جدًا. يضيف برونز الفوسفور القليل من الفوسفور (0.1-0.5%) الذي يزيل الأكسدة من المصهور ويحسن الخصائص.
يتمتع برونز الفوسفور بخصائص زنبركية ممتازة. تستخدم للاتصالات الكهربائية والمفاتيح والمحامل والبطانات. لقد تعاملت مع برونز الفوسفور C510 بقدر لا بأس به - فهو عبارة عن 5% قصدير و0.2% فوسفور وباقي النحاس. أشياء جيدة لتطبيقات الربيع.
لكن "البرونز" أصبح مصطلحًا مربكًا نوعًا ما لأننا الآن نطلق على الكثير من سبائك النحاس غير-"البرونز". برونز الألومنيوم لا يوجد فيه أي قصدير - فهو نحاس + ألومنيوم. برونز السيليكون هو النحاس + السيليكون. برونز المنغنيز هو في الواقع نحاس عالي القوة-(معظمه من النحاس-والزنك مع بعض الحديد والمنغنيز). المصطلحات هي الفوضى.
برونزيات الألومنيوم:
هذه مثيرة للاهتمام. النحاس + الألومنيوم، عادةً 5-11% ألومنيوم. تتميز بمقاومة ممتازة للتآكل - أفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ في تطبيقات مياه البحر. أيضا قوة جيدة، ومقاومة التآكل لائقة.
المشكلة هي أنه من الصعب صبها وتصنيعها آليًا. يتأكسد الألومنيوم بسهولة حتى تحصل على جزيئات أكسيد الألومنيوم الصلبة في البنية المجهرية. هذه الجسيمات تبلى أدوات القطع بسرعة. لقد قمت بالحرق من خلال إدراجات الكربيد في تصنيع برونز الألومنيوم. ليست ممتعة.
يتم استخدام برونز الألومنيوم كثيرًا في التطبيقات البحرية - المراوح، ودفاعات المضخات، وأجسام الصمامات. في أي مكان تحتاج إلى مقاومة التآكل بمياه البحر. تستخدمه صناعة النفط والغاز أيضًا.
النحاس-النيكل (الكنيفر):
وهي عبارة عن سبائك النحاس-والنيكل، وعادة ما تحتوي على 10% أو 30% من النيكل. مقاومة ممتازة للتآكل بمياه البحر. 90-10 يتم استخدام الكوبرونيكل (90% نحاس، 10% نيكل) لأنابيب مياه البحر على السفن والمنصات البحرية.
تم استخدام 70-30 كوبرونيكل في العملات المعدنية الأمريكية منذ عام 1965 حتى الوقت الحاضر (أرباع، ودايمات، ونصف دولار). أصبحت الفضة باهظة الثمن للغاية لذا تحولوا إلى النيكل المكسو بقلب نحاسي. تبدو العملات المعدنية فضية ولكنها في الواقع معظمها من النحاس والنيكل.
حقيقة ممتعة: إن مادة النيكل النحاسي الموجودة في العملات المعدنية-تتصلب نتيجة كل عمليات المعالجة والصدمات. العملات القديمة أصعب من العملات الجديدة. يمكنك قياسه باستخدام جهاز اختبار الصلابة.
النحاس البريليوم:
هذا هو الغريب. نحاس + 1.5-2% بيريليوم. يبدو وكأنه لا شيء أليس كذلك؟ خطأ.
يمكن تقوية نحاس البيريليوم بالعمر-(التصلب بالترسيب) للوصول إلى قوة تبلغ 1200-1400 ميجا باسكال. وهذا أقوى من العديد من الفولاذ. بالإضافة إلى أنه يحتفظ بموصلية كهربائية جيدة - ليست بجودة النحاس النقي ولكنها أفضل بكثير من الفولاذ.
لذلك يتم استخدامه في الاتصالات الكهربائية، والينابيع، وأدوات البيئات المتفجرة (نحاس البريليوم لا يسبب- شرارة)، وموصلات الفضاء الجوي، وجميع أنواع-الأشياء عالية الأداء.
الجانب السلبي: البريليوم سام. حقا سامة. استنشاق غبار أو أبخرة البريليوم يمكن أن يسبب داء البريليوم، وهو مرض رئوي مزمن. لذلك عليك أن تكون حذرًا للغاية في تصنيع أو لحام نحاس البريليوم. بحاجة إلى تهوية جيدة، وحماية الجهاز التنفسي، والصفقة برمتها.
كما أن البريليوم غالي الثمن. مثل مكلفة حقا. يكلف نحاس البريليوم 10-20 مرة أكثر من النحاس العادي أو البرونز. يمكنك استخدامه فقط عندما تكون في حاجة ماسة إلى الخصائص.
لقد عملت مع نحاس البريليوم عدة مرات. إنها تعمل بشكل جيد - مثل النحاس. لكنك مذعور طوال الوقت بشأن خلق الغبار. يتم جمع كل شريحة والتخلص منها بشكل صحيح. ألم في المؤخرة ولكن ضروري.
كيف تعمل صناعة السبائك فعليًا (زمن علم المعادن)
عند إضافة عناصر إلى النحاس، فهي إما:
تذوب في محلول صلب- تمتزج الذرات في الشبكة البلورية النحاسية. وهذا ما يحدث مع الزنك في النحاس بنسبة تصل إلى حوالي 35-36% زنك. تحل ذرات الزنك محل ذرات النحاس في التركيب البلوري. وهذا يزيد من القوة (تقوية المحلول الصلب) ولكنه يقلل من الموصلية لأن ذرات الزنك تبعثر الإلكترونات.
شكل المراحل الثانية- فوق تركيزات معينة، تتشكل هياكل بلورية جديدة. في النحاس الذي يحتوي على نسبة أعلى من 36% من الزنك، تحصل على مرحلة بيتا وهي أصعب وأكثر هشاشة من مرحلة ألفا. تصبح البنية المجهرية مرحلتين-(ألفا + بيتا) وتتغير الخصائص بشكل ملحوظ.
يعجل بها كجزيئات- في السبائك القابلة للتصلب مثل نحاس البيريليوم، يشكل البيريليوم جزيئات راسب صغيرة عند معالجته حراريًا. تعمل هذه الجسيمات على منع حركة الخلع مما يزيد من قوتها بشكل كبير. هذا هو التصلب بالترسيب وهذه هي الطريقة التي تحصل بها على نقاط القوة العالية المجنونة.
تعتمد البنية المجهرية الدقيقة على التركيب والمعالجة. العمل البارد، ودرجة حرارة التلدين، ومعدل التبريد، كل ذلك يهم.
لقد أخذت دورة في علم المعادن في عام 2007؟ 2008؟ واحدة من تلك السنوات. لقد جعلنا الأستاذ نقوم بإعداد وحفر عينات ميتالوغرافية من سبائك النحاس المختلفة وفحصها تحت المجهر. كان النحاس سهلاً - ذو بنية محببة لطيفة. كان برونز الألومنيوم في حالة من الفوضى - مع كل هذه المراحل الغريبة والجزيئات الصلبة. فشل في سؤال الامتحان هذا في الواقع. لا تزال منزعجة حول هذا الموضوع.
الخصائص والمقايضات-.
الموصلية الكهربائية:النحاس النقي هو 100% IACS (المعيار الدولي للنحاس الملدن). هذه هي النقطة المرجعية.
ينخفض النحاس إلى 25-40% IACS حسب محتوى الزنك. برونز الألومنيوم مثل 7-15% IACS. تبلغ نسبة نحاس البريليوم بعد التصلب حوالي 20-25% من IACS.
لذا، إذا كنت بحاجة إلى موصلية عالية، فاستخدم النحاس النقي أو ربما سبائك النحاس-الفضة. إذا كنت تستطيع تحمل الموصلية المنخفضة، فيمكنك اختيار سبيكة ذات خصائص ميكانيكية أفضل.
الموصلية الحرارية:مقايضة مماثلة-. تبلغ نسبة النحاس النقي حوالي 390-400 واط/م·ك. النحاس أشبه بـ 100-150 واط/م·ك. برونز الألومنيوم 60-80 واط/م·ك.
تستخدم المشتتات الحرارية وأواني الطهي النحاس النقي أو سبائك النحاس العالية-. يمكن للأشياء الهيكلية استخدام سبائك منخفضة الموصلية.
مقاومة التآكل:سبائك النحاس عموما تقاوم التآكل الجوي بشكل جيد. إنها تشكل طبقة واقية (تلك الأكسدة الخضراء التي تراها على الأسطح النحاسية القديمة) والتي تبطئ المزيد من التآكل.
مياه البحر أصعب. يتآكل النحاس النقي ببطء ولكن بثبات. يعتبر برونز الألومنيوم ونيكل النحاس- أفضل بكثير في مياه البحر. يمكن أن يعاني النحاس من إزالة الزنك في ظروف معينة - يتسرب الزنك تاركًا وراءه النحاس المسامي. أنت بحاجة إلى سبائك نحاسية مثبطة أو تجنب النحاس الموجود في مياه البحر.
القدرة على التصنيع:آلة النحاس الرصاص بشكل جميل. يعتبر قطع النحاس الحر-(C36000 - 61.5% نحاس، 35.5% زنك، 3% رصاص) هو المعيار الذهبي. تم تصنيفها بنسبة 100% على مقياس قابلية التشغيل الآلي ويتم مقارنة كل شيء آخر بها.
آلات النحاس النقي بشكل رهيب. لينة جدا، لزجة جدا. ستحصل على تشطيب سطحي رديء و-حواف مدمجة في أداة القطع.
آلات البرونز الألومنيوم سيئة بسبب جزيئات أكسيد الألومنيوم الصلبة.
آلات النحاس البريليوم جيدة ولكن عليك التعامل مع مخاوف السمية.
يكلف:النحاس النقي هو خط الأساس. الزنك رخيص، لذا فإن النحاس أرخص في الواقع من النحاس النقي للرطل الواحد على الرغم من أنك "تخفف" النحاس.
القصدير باهظ الثمن لذا فإن تكلفة البرونز أكثر. النيكل باهظ الثمن، لذا فإن تكلفة نيكل النحاس-أعلى. البريليوم باهظ الثمن بشكل جنوني، لذا فإن تكلفة نحاس البريليوم أعلى بكثير.
ارتفع سعر النحاس في الفترة 2024-2025 بحوالي 8000-10000 دولار للطن المتري. الزنك يتراوح بين 2500 إلى 3000 دولار للطن. لذا فإن إضافة الزنك يوفر المال. سعر القصدير يتراوح بين 25.000 إلى 30.000 دولار للطن. إضافة القصدير يزيد من التكلفة.
تدفع تكلفة المواد الكثير من قرارات اختيار السبائك في المنتجات التجارية.
التطبيقات الشائعة (حيث ترى هذه الأشياء بالفعل)
الكهرباء والإلكترونيات:
الأسلاك والكابلات - نحاس نقي في الغالب، وأحيانًا سبائك نحاسية للقوة
قضبان الباص - نحاس نقي
لوحات الدوائر المطبوعة - رقائق النحاس على الألياف الزجاجية
موصلات وملامسات - برونز فوسفور، نحاس بيريليوم
إطارات الرصاص لرقائق أشباه الموصلات - من سبائك النحاس
السباكة والتكييف:
مواسير ومواسير - نحاس نقي (C12200 - "نحاس DHP" - فوسفور عالي الأكسدة)
التركيبات - نحاس (C36000 أو مكافئات خالية من الرصاص-)
مبادلات حرارية - نحاس أو نحاس-نيكل
الصمامات - نحاس، برونز، وأحيانا برونز ألومنيوم
البحرية:
المراوح - برونز المنغنيز أو برونز الألومنيوم
أنابيب مياه البحر - نحاس-نيكل (90-10 أو 70-30)
تغليف الهيكل (تاريخيًا) - معدن مونتز أو النحاس
المثبتات - برونز سيليكون
ميكانيكية:
المحامل والبطانات - برونز فوسفوري، برونز ألومنيوم
التروس - برونز فوسفوري، برونز ألومنيوم
نوابض - برونز فوسفوري، نحاس بيريليوم
أطراف اللحام - كروم نحاس (نحاس + 0.5-1% كروم لقوة درجة الحرارة العالية-)
معماري:
الأسقف والكسوة - من النحاس النقي، ومقاوم للعوامل الجوية حتى اللون الأخضر
تجهيزات الباب - نحاس، برونز
عناصر زخرفية - سبائك نحاس مختلفة حسب اللون والتشطيب المطلوب
السيارات:
المشعاعات - أنابيب نحاسية (كانت في السابق، والآن معظمها من الألومنيوم)
التمديدات الكهربائية - نحاس نقي
المحامل - برونزية، ثنائية المعدن (فولاذ مدعوم بالبرونز)
خطوط الفرامل - نحاس-نيكل
المشاكل والقيود
المشكلة 1: النحاس باهظ الثمن ومتقلب
تتأرجح أسعار النحاس بشكل كبير بناءً على الطلب العالمي. خلال الأزمة المالية لعام 2008، انخفض النحاس من 8000 دولار/طن إلى 3000 دولار/طن في بضعة أشهر. ثم عاد. أثناء الفوضى التي شهدتها سلسلة التوريد بسبب فيروس كورونا في 2021-2022، ارتفع سعر النحاس إلى 10 دولارات000+/طن.
إذا كنت تقوم بتصنيع منتجات تحتوي على سبائك النحاس، فإن تقلبات الأسعار هذه تقضي على هوامش ربحك. يتعين عليك إما التحوط في أسواق السلع الأساسية (المعقدة والمحفوفة بالمخاطر) أو تمرير التكاليف إلى العملاء (الذين لا يحبون تغيرات الأسعار).
وقد تحولت بعض الصناعات بعيدا عن النحاس بسبب هذا. حل الألمنيوم محل النحاس في المشعات. حل البلاستيك محل النحاس في بعض السباكة (أنابيب PEX). ليس دائمًا للأفضل - لا أثق في PEX على المدى الطويل-المدى - ولكن التكلفة هي التي تحدد القرارات.
المشكلة 2: الوزن
النحاس ثقيل. الكثافة 8.96 جم/سم3. قارنه بالألومنيوم عند 2.70 جم/سم3 أو التيتانيوم عند 4.5 جم/سم3.
بالنسبة لتطبيقات الطيران أو السيارات التي يكون فيها الوزن مهمًا، فإن سبائك النحاس تكون في وضع غير مؤات. ما لم تكن في حاجة مطلقة إلى التوصيل الكهربائي أو الحراري، فسوف تختار مادة أخف وزنًا.
تحتاج السيارات الكهربائية إلى أطنان من النحاس للمحركات والأسلاك. وهذا يضيف الوزن. يحاول المهندسون تقليل استخدام النحاس مع الحفاظ على الأداء. المقايضة-في كل مكان.
المشكلة 3: اللوائح البيئية تتغير باستمرار
كان الرصاص في النحاس هو المعيار. الآن تم حظره أو تقييده في معظم تطبيقات السباكة. كان على صناعة السباكة إعادة صياغة كل شيء.
هناك نقاش مستمر حول العناصر الأخرى أيضًا. يتم تنظيم البريليوم بإحكام بسبب السمية. يرغب بعض الأشخاص في تقييد استخدام النيكل في المنتجات الاستهلاكية بسبب حساسية النيكل.
في كل مرة تتغير اللوائح، يتعين على الشركات المصنعة إعادة تأهيل المواد وربما إعادة تصميم المنتجات. باهظة الثمن وتستغرق وقتًا-.
المشكلة 4: التآكل الجلفاني
عند توصيل سبائك النحاس بمعادن أخرى في وجود المنحل بالكهرباء (مثل مياه البحر أو حتى الرطوبة)، يمكن أن تحصل على التآكل الجلفاني. المعدن الأقل نبلاً يتآكل بشكل أسرع.
النحاس نبيل جدًا (مرتفع في السلسلة الجلفانية) لذلك عادةً ما يتسبب في تآكل المعادن الأخرى. إذا قمت بربط سبائك النحاس بالألمنيوم أو الزنك في بيئة بحرية، فسوف يتآكل الألومنيوم أو الزنك بسرعة.
أنت بحاجة إلى غسالات عازلة أو طلاءات أو اختيار دقيق للمواد لتجنب ذلك. إنه خطأ شائع في التصميم. لقد رأيت أقواسًا من الألومنيوم تتآكل منذ أشهر لأن بعض المهندسين ربطوها بمسامير من البرونز دون عزل.
المشكلة 5: تكسير التآكل الإجهادي (SCC)
بعض سبائك النحاس عرضة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في بيئات معينة. يمكن أن يتشقق النحاس في بيئات الأمونيا. وهذا ما يسمى "التكسير الموسمي" لأنه تمت ملاحظته لأول مرة في علب الخراطيش النحاسية المخزنة في البيئات الاستوائية (الأمونيا من المواد العضوية المتحللة).
يجب أن تكون على دراية ببيئة الخدمة وأن تختار السبائك بشكل مناسب. أو الضغط على-تخفيف الأجزاء بعد التشكيل لتقليل الضغوط المتبقية. أو استخدم السبائك المثبطة مع إضافات مثل الزرنيخ أو القصدير التي تقلل من قابلية الإصابة بـ SCC.
المشكلة 6: الانضمام إلى التحديات
يمكن أن يكون لحام سبائك النحاس أمرًا صعبًا. الموصلية الحرارية العالية تعني أن الحرارة تتبدد بسرعة - تحتاج إلى مدخلات طاقة عالية لإجراء اللحام. يصعب لحام برونز الألومنيوم بشكل خاص بسبب تكوين أكسيد الألومنيوم.
غالبًا ما يكون اللحام بالنحاس أسهل من لحام سبائك النحاس. لكن اللحام بالنحاس يتطلب معادن حشو وتدفقات محددة. وعليك تنظيف كل شيء جيدًا مسبقًا وإلا سيكون المفصل النحاسي ضعيفًا.
لقد تعطلت المفاصل النحاسية لأن شخصًا ما لم يقم بتنظيف الأجزاء بشكل صحيح. يمنع تلوث الشحوم أو الزيت النحاس من التبلل. يبدو المفصل جيدًا ولكن ليس لديه قوة. الألم لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
لماذا لا نزال نستخدم سبائك النحاس على الرغم من المشكلات
لأنهم يعملون. تتمتع سبائك النحاس بسجل حافل يعود إلى آلاف السنين. نحن نفهم سلوكهم، وقمنا بإنشاء عمليات التصنيع، والبنية التحتية لإعادة التدوير موجودة.
من الصعب التغلب على الموصلية الكهربائية - فقط الفضة هي الأفضل والفضة أغلى بكثير. بالنسبة للتطبيقات الكهربائية، لا يمكن استبدال النحاس بشكل أساسي في الوقت الحالي.
تعتبر مقاومة التآكل في البيئات البحرية ممتازة، خاصة بالنسبة للنحاس-والنيكل والبرونز الألومنيوم. أفضل من الفولاذ وأفضل من الألومنيوم. إذا كنت بحاجة إلى مقاومة مياه البحر، فعادةً ما تكون سبائك النحاس هي الحل.
كما أنها سهلة إعادة التدوير. يمكن إعادة صهر النحاس وسبائكه وإعادة استخدامها لأجل غير مسمى دون أن تتحلل. قيمة الخردة عالية بما يكفي لنجاح اقتصاديات التجميع وإعادة التدوير. على النقيض من المواد البلاستيكية حيث غالبًا ما تكون إعادة التدوير غير مجدية اقتصاديًا.
حوالي 50% من النحاس المستخدم في جميع أنحاء العالم يأتي من مصادر معاد تدويرها. وهذا أعلى بكثير من معظم المواد الأخرى.
البدائل والاتجاهات
يحل الألمنيوم محل النحاس في بعض التطبيقات.تستخدم خطوط النقل الكهربائية الألمنيوم بدلاً من النحاس لمسافات طويلة لأن الوزن مهم أكثر من الموصلية. مشعات تحولت إلى الألومنيوم. موصلية حرارية أقل ولكنها أخف وزنا وأرخص.
لكن الألومنيوم لن يحل محل النحاس بالكامل في الإلكترونيات أو توليد الطاقة لأن فرق التوصيل كبير جدًا.
قد تتنافس المواد الكربونية (الجرافين، وأنابيب الكربون النانوية) في النهايةفي التطبيقات المتخصصة. هذه يمكن أن يكون لها الموصلية الكهربائية والحرارية عالية للغاية. لكننا لم نصل إلى المستوى التجاري بعد وربما لن نكون كذلك قبل عقد آخر أو أكثر.
ويجري تطوير السبائك المتقدمة.يتمتع النحاس-الكروم-الزركونيوم بالقوة العالية بالإضافة إلى الموصلية الجيدة. تقدم بعض سبائك النحاس-الحديد-الفوسفور مجموعات خصائص مثيرة للاهتمام. الكثير من الأبحاث حول تحسين كيمياء السبائك لتطبيقات محددة.
لكن بصراحة؟ سبائك النحاس الرئيسية التي نستخدمها اليوم - النحاس والبرونز والنحاس-النيكل - موجودة منذ 50-100+ سنة. إنهم يعملون. الصناعة محافظة. ما لم يكن هناك سبب مقنع للتبديل، فإننا نتمسك بما ثبت.
تملأ السبائك الجديدة في الغالب التطبيقات المتخصصة حيث لا تعمل السبائك القياسية بشكل جيد. مثل نحاس البريليوم، ملأ المكان المناسب للأدوات التي لا تسبب-إثارة عالية-. لكن التطبيقات ذات الحجم الكبير تستخدم السبائك التقليدية.
ما هو المهم في الواقع
إذا كنت تصمم شيئًا باستخدام سبائك النحاس، فإليك ما يهم:
ما هي الخصائص التي تحتاجها فعلا؟لا تبالغ في التحديد. إذا كنت بحاجة إلى مقاومة للتآكل ولكن ليس بقوة عالية، فلا تختر سبيكة باهظة الثمن ذات قوة عالية-. اختر أرخص سبيكة تلبي المتطلبات.
هل يمكنك تحمل الموصلية المنخفضة؟إذا كانت الإجابة بنعم، فلديك المزيد من خيارات السبائك ويمكنك تحسين التكلفة أو الخصائص الميكانيكية.
ما هي بيئة الخدمة؟تآكل؟ ارتفاع درجة الحرارة؟ يرتدي؟ وهذا يدفع إلى اختيار السبائك أكثر من أي شيء آخر.
طريقة التصنيع؟يتم صب بعض السبائك بشكل جيد ولكن الآلة سيئة. بعضها رائع للختم ولكن لا يمكن تزويره. قم بمطابقة السبيكة مع عمليتك.
ما هو حجم؟بالنسبة للحجم الكبير، يعد تحسين تكلفة المواد أمرًا مهمًا. بالنسبة للحجم المنخفض، استخدم كل ما هو متاح بسهولة حتى لو لم يكن الخيار الأرخص على الإطلاق.
طريقة الانضمام؟إذا كنت بحاجة إلى اللحام، فهذا يلغي بعض السبائك أو يتطلب إجراءات خاصة.
تدور معظم الأعمال الهندسية حول-المقايضات والتسويات. سبائك النحاس لا تختلف. نادرًا ما تكون هناك سبيكة "أفضل" - فقط تلك التي تناسب متطلباتك وقيودك المحددة.
وانتهى الأمر بوقت أطول مما خططت له. مرة أخرى.
النسخة القصيرة: سبائك النحاس عبارة عن نحاس بالإضافة إلى أشياء أخرى لجعلها أقوى/أصعب/أرخص/أفضل لاستخدامات محددة. توجد مئات من السبائك ولكن معظم التطبيقات تستخدم بضع عشرات من السبائك الشائعة. المفاضلة-بين الموصلية والخواص الميكانيكية. يعمل بشكل جيد للتطبيقات الكهربائية والبحرية والسباكة والميكانيكية. باهظة الثمن ولكنها قابلة لإعادة التدوير. لن يختفي في أي وقت قريب على الرغم من البدائل.
كتبت أثناء شرب القهوة من كوب بغل نحاسي في موسكو. والذي من المحتمل أن يكون نحاسًا مطليًا بالنحاس. أو ربما مجرد فولاذ مطلي بالنحاس-. يجب أن أتحقق حقًا.
أوه، وإذا كنت تقوم بتصنيع سبائك النحاس القوية التي ذكرتها - خاصة نحاس البريليوم أو برونز الألومنيوم - فراجعثقالة EDM. طريقة أنظف من الآلات التقليدية عندما تتعامل مع المواد الصلبة. لا يوجد غبار، ولا توجد-حشوات كربيد مهترئة. فقط أقول.